전기차 경험을 재정의하는 반도체 기술 3가지 

본 글은 하이브리드 전기차/전기차 및 파워트레인 총괄 매니저 제리 시(Jerry Shi)가 작성했습니다.

수년 전, 저는 가족들과 함께 전기차(EV)를 타고 일주일간의 여행을 떠났습니다. 반짝이는 호수들에 넋을 잃고 노래하며 즐겁게 보낸 추억들 사이에는, 목적지까지 얼마 남지 않았는데도 차량을 충전하기 위해 한 시간 넘게 멈추어 서 있어야 했던 경험처럼 몇 가지 불편한 기억들도 있었습니다.

오늘날의 전기차 운전자는 한 번의 충전으로 더 먼 거리를 주행하고 있습니다. 과거의 충전 시간은 수 시간으로 측정되었지만 이제는 수분으로 측정됩니다. 더 똑똑해지고 있는 배터리 시스템은 차량이 더욱 안정적이고 확실한 주행 성능을 발휘할 수 있도록 돕습니다. 전기차는 선호에 따른 옵션보다는 실용적 옵션에 점차 가까워지고 있습니다.

이러한 개선 뒤에는 부단한 노력이 숨어 있습니다. 모든 전기차 성능의 혁신 뒤에는 반도체를 필요로 하는 수년간의 엔지니어링 혁신이 존재하며, 이 혁신은 운전자의 예상을 이해하는 것에서부터 시작됩니다.

협력을 통해 혁신을 이끌어 낸 방법

전기차를 재정의하는 기술을 이해하기 위해서는 TI가 아닌 기존 장비 제조업체(OEM)에서부터 이야기를 시작해야 합니다. OEM은 다른 회사 제품의 부품 또는 구성품을 생산합니다. TI와 협력하는 OEM은 자체적으로 OEM 역할을 수행하는 자동차 제조사부터 타이어나 브레이크 시스템과 같은 차량용 제품 공급업체에 이르기까지 무척 다양합니다.

5년 전만 해도, TI와 같은 반도체 제조업체와 자동차 제조사 간의 협력은 대개 자동차 제조사가 차세대 차량 아키텍처를 확정하고 난 후에 시작되곤 했습니다. 그러나 해당 모델은 이제 바뀌었고, 이로 인해 새로운 기술이 실제 도로에 도입되는 속도가 더 빨라지고 있습니다.

오늘날 우리는 제조업체와 더 이른 단계에서부터 협력하고 있습니다. 부품을 독립적으로 최적화하는 대신, 우리는 반도체 개발을 운전자의 실제 요구 사항에 맞추어 진행합니다. 이 관계의 결과로 운전자들은 전기차를 언제, 어떻게 사용할지를 재고하게 되었습니다.

전기차를 일상적 차량으로 구현하는 3가지 기술

초기 단계부터 OEM과 협력하는 것은 설계 프로세스의 초기 단계부터 배터리 관리 전략, 충전 토폴로지 및 전력 변환 아키텍처를 수립할 수 있게 합니다. OEM은 반도체에 대한 더 나은 이해도를 가지고 있고, 우리의 장치는 운전자의 기대와 요구를 더욱 직접적으로 충족시킵니다.

제조업체들을 통해 알게 된 사실에 따르면 운전자들은 주행 거리나 충전소와의 거리와 상관없이 전기차를 편안하게 이용하고 싶어 합니다. 따라서 우리 엔지니어들은 배터리에 대해 다시 생각해봐야 합니다. 즉 배터리를 어떻게 관리하고, 어떻게 충전하며, 저장된 에너지를 얼마나 효율적으로 운동 에너지로 전환하는지에 대해 말입니다. 전기차 진화의 길을 열어가기 위해 우리가 오늘날 작업하고 있는 세 가지 혁신이 있습니다. 

1. 예측형 배터리 관리는 배터리 상태를 심도 있게 들여다 보는 데서 시작됩니다. 운전자는 매일의 통근부터 장거리 운전, 그리고 심지어는 극한의 온도 환경을 비롯한 모든 상황에서 차량이 지속적으로 퍼포먼스를 발휘하는지 알고 싶어 합니다.

우리는 전기 화학 임피던스 분광법과 같은 기술을 통해 예측형 배터리 관리를 진행하고 있으며, 이를 통해 배터리 관리 시스템은 모델 기반 알고리즘 또는 엣지 AI를 활용하여 배터리 팩 내부 셀의 충전 상태, 온도, 노후화 또는 충전 불균형과 같은 변화를 감지할 수 있습니다.

셀 동작을 신중히 모니터링함으로써 OEM이 보호 기능을 구현할 수 있습니다. 실시간 감지 및 데이터 분석은 위험 요소를 조기에 발견 및 해결하도록 하여 배터리 안전성 및 성능을 개선하고 팩 수명을 연장합니다. 운전자들은 주행 가능 거리의 돌발적인 감소가 줄어들고 신뢰성이 높아지며 안전 경고가 더 일찍 제공될 것으로 기대할 수 있습니다. 더 긴 배터리 수명은 전체 소유 비용도 낮춥니다.

2. 더 높은 전력 밀도의 충전은 전기차를 일상에서 더욱 편리하게 사용할 수 있도록 하는 데 중요한 요소입니다. TI에서는 시스템 아키텍처를 간소화하면서 더 작은 풋프린트에서 더 높은 성능을 제공하는 단일 단계 매트릭스 설계 등 새로운 온보드 충전 토폴로지를 통해 더 빠르게 충전할 수 있습니다. 단일 전력 변환 단계에서 전력 밀도를 증가시키고 효율성을 개선함으로써 자동차 제조사들은 성능과 타협하지 않고도 충전 시간을 단축할 수 있습니다.

이에 따라 충전이 더 빨라지고 운전자들이 충전 정보를 예측하기 쉬워집니다. 그리고 OEM의 경우, 더 효율적인 충전 설계로 시스템 무게 및 비용을 줄일 수 있어 전기차의 시장 출시 비용을 절감할 수 있습니다.

3. 주행 거리 연장은 자동차 제조사들이 파악한 지속적인 소비자 요구 사항이자 동시에 해결해야 할 기술적 과제이기도 합니다. 주행 거리의 증가는 파워트레인이 에너지를 얼마나 효율적으로 관리하느냐에 달려 있습니다. 파워 일렉트로닉스의 발전과 제어 기술의 최적화는 저장된 에너지가 운동 에너지로 변환되는 효율을 높여 줍니다. TI에서는 에너지 손실을 최소화하여 트랙션 인버터의 효율을 높이는 최적의 펄스 위치 결정 알고리즘과 같은 모션 제어 기술 발전에 주력하고 있습니다. 그렇게 해서 전기차는 단일 충전으로 더 멀리 갈 수 있게 되며, 운전자는 더 빠른 가속력과 더 부드럽고 조용한 주행감을 느낄 수 있습니다.

차세대 전기차 주행의 모습

수년 전 우리 가족이 다녀온 로드트립 여행 전까지는 전기차로 주로 식료품점 다녀오기처럼 주행 거리가 이동 거리를 충분히 넘을 것이라고 확신할 수 있는 일상적인 용무만 처리해 왔습니다.

하지만 저는 팀원들 그리고 OEM 업체들과 함께 전기차 경험을 근본적으로 재정의하는 기술들을 개발하고 있었기에, 이번 로드트립이 앞으로 이어질 수많은 것들의 시작에 불과할 것임을 알고 있습니다.

우리가 개발하고 있는 기술로 인해 주행 거리가 연장되어 장거리 여행이 더욱 즐거워지고 있습니다. 고전력 충전 기술 덕분에 대기 시간이 줄어, 주유소에서 주유하는 시간과도 비슷해졌습니다. 그리고 예측형 배터리 관리를 통해 안전이 필수적인 기능에 스마트함을 더했습니다.

반도체가 계속 진화하고 OEM과 깊게 협력함에 따라, 우리는 운전자들이 오늘날 경험하는 불편함에 대응하고 미래의 기회를 포착하여 더 스마트하고 안정적이면서도 편리한 전기차 주행 경험을 만들어 나가고 있습니다.